免耕制度下耕作土壤结构演化的数字图像分析

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1、万方数据第39卷第2期土壤学报Vol39．No22002年3月ACTAPEDOLOGICASINICAMar．,2002免耕制度下耕作土壤结构演化的数字图像分析”李德成k2B．Velde2中国科学院南京4-壤研究所．南京2100：)8J．F．Delerue2张桃林12LaboratoimdeGC-ologie．CNRS4385．ENS，75231Paris摘要利用数字图像方法，研究了室内模拟和自然田问免耕下的土壤结构演化状况。图像定性表明随免耕时间的推移土壤中团聚体由小变大，土体逐渐趋于紧实。图像定量分折结果表明随着免

2、耕时间的推移，小团聚体和小孔腺减少而太团聚体和大孔隙增加。田间土样的结果表明了自然的阶段性降雨对土壤结构可能具有一定的调节作用．但从图像与团聚体牡径分布和孔隙孔径分布的变化来看，免耕是否有利于土壤性质和农业生产尚很难确定。关犍词免耕，土壤结构，团聚体粒径分布，孔隙孔径分布，数字图像中围分类号s152．6A免耕会对土壤某些性质产生一定的影响。国内有关免耕研究主要利用常规物理分析方法进行，有的认为免耕可以改善土壤结构和土壤排水通气性能，有的认为免耕可以保护土壤结构但不利于结构发展．也有的认为免耕会导致土体收缩或导致具有高生

3、物活性的土层变薄。⋯。图像分析技术在西方已被用于研究免耕对土壤结构的影响。“3，结论不尽一致。另外研究也主要集中在比较免耕与常规耕作的土壤在孔隙方面的差异，但对免耕过程中土壤团聚体以及孔隙的演变状况则研究较少。本文利用数字图像方法，研究了室内模拟免耕状况下和田间免耕状况下土壤团聚体以及孔隙在一个作物生长期内的演变趋势。1研究方法1．1供试土壤选择两类粘粒含量高的耕作土壤：一是法国中西部L丑T地区的黑色石灰土(LaT土样)b*l，用于室内模拟研究；二是美国Illinois卅l中部cThomas试验农场发育于黄土母质的粉壤

4、质软土(CThomas土样)“5，用于田间试验研究。两类土壤的主要牯土矿物类型均为伊利石，蒙皂石层间矿物．其中蒙皂石含量均高于50％。1．2土样的采集与处理免耕下在作物生长期内影喃土壤结构的主要因素为阶段性的自然降雨。两类土样所在地区在作物生长阶段基本均是每隔10一15天降雨一次，每次降雨2—4天。阶段性自弃蔓降雨作为一种自然干湿交替*国家自然科学基金(No49901G08)和第一作者的法国政府博士奖学金(No19991288)资助项目收稿13期：2001—06—30；收到蟹改稿日期：200I一09—06万方数据2期车

5、德成等：免耕制度下耕作土壤结构演化的数字图像分析215过程，对土壤结构可能产生一定的影响”⋯】。因此．在本研究中主要考虑这一自然因素。L们土样试验方磕：将Ⅵ土样破碎后(粒径<2cm)装^直径6cm、高20cm的塑料圆筒．底部用两张直径lOcm的滤纸封闭，置于盛水器皿中利用毛营作用充舟湿润土壤12小时，然后沿圆筒上缘加水至高出土表2cm，在士壤达到水分饱和状态后取出放在网架上，至土样完全厨L干．此为一次模拟自端降雨(约需4～5天)。分别设置了2次、3次、7次和9次四个模拟自然降雨处理，cThomas土样田闸试验：在玉米生

6、长期内(5～9月)以lO，J5天的间厢(基本为一次所段性降雨过程)，在土壤较干燥状志下用同一直径的塑料圆筒连续10收取样，果样深度为15一加cm。土样风干后．沿圆筒边缘注八浸请剂(IOVAraldteGY783树脂：4VHardnerHY296固化剂：适量Epo—Dye荧光有机染斟1至高出土表0．5cm，静止一夜待浸渍剂固化，用电锯每隔2cm或3cm切割土样，所得切面用不加染料的提溃剂均匀沫抹“强化孔隙部分。在紫外灯(265nm)照射下进行拍照，所得照片在600dpi的分辨率下扫描辅^微机，利用Photoshop软件将

7、真彩色图像经过颜色替换姓理转换为灰阶图像．再经廿图像分割处理转换为二元黑白图像(45cm×45cn7．分辨率为25u脚缘元1)．然后利用MJeroMor-phl3软件进行相应的匿像分析“4”””，2结果分析2．1LaT土样图1为bT士样4个处理在lcm和3cm两个深度处的图像。图2和表I为对应的团聚体粒径分布与孔隙孔径分布的图像分析结果。2次处理2c、,cles3敬处理3C,ycles7扶处理7C～cIes9扶处理9Cvcl皓图l模拟免耕下LdT土样在不同处理时的数字图像(白：孔隙，黑：团聚体)Fig1D】d“itn,

8、ⅫesofL』samplesmatedbvsimulated一-tilla#e(white：p“ts，black：aggregates)(1)由图像可以发现，随着深度增加或时间的推移(即处理次数的增加)，团聚体由小变大，边缘逐渐模糊．形状也逐渐不规则，孔隙平面分布趋于不均匀，土体逐渐趋于紧实。(2)图像分析结果表明，孔隙面积总体上